効率的な熱管理が行われないと、パワー・トランジスタが不要になり、抵抗器などの発熱部品が動作中に過熱して早期故障や極端な場合には最大定格温度を超える結果、部品が急速に損傷する可能性があります。
信頼性、信頼性を改善するために使用冷房モードを奨励述べアレニウスの法則に従う：コンポーネントの動作温度10°Cを減らすために、その人生は二回さらに拡張することができ、電力容量の低い接合部温度を確保するための措置を増加させることができますまた、広い温度範囲にわたって電源を安全に動作させることができます。
小さなパワートランジスタへの電気エネルギーの部分、及び負荷に供給されず、熱の形態と消費電力のジャンクション温度との関係で、各デバイスの接合部で放散される、以下の式を参照してください。
Tjmax =（PDmax×Rθja）+ Ta
ここで、Tjmaxは接合部温度PDmaxは消費される最大電力です。Rθjaは接合部の周囲環境への熱抵抗です。Taは周囲温度
電源を設計する際には、デバイスを保護するだけでなく、必要な信頼性を保証するためにジャンクション温度を設計することが目的です。デバイスのデータシート効率曲線を使用して、最大消費電力と周囲環境からの熱を見積もることができます。抵抗Rθjaは、PCBのメタライゼーションやエアーフローなどの他の冷却効果も考慮したデータシートのカーブに記載されています。
要求される電力が負荷に供給されたときに許容可能な接合部温度が達成されない場合、設計作業はRθjaの低減に重点を置く必要があります。
パッケージの選択従来のリード接続や、チップの下面または上面の拡張されたメタライゼーション領域、または両面の両面冷却を置き換える熱効率の高いクランプなど、パッケージ固有の機能拡張を活用します。この領域は、ヒートシンクまたは露出した金属パッドに直接接続され、PCBメタライゼーション層またはヒートシンクに半田付けすることができます基板設計銅の厚さを増やすか、ヒートシンクに直接接続します（重い金属など）ヒートシンクの下にサーマルビアを追加する場合金属基板を絶縁することを検討してください。ヒートシンクやヒートシンクなどのより直接的な熱管理技術を冷却ファンとともに使用できます。
問題は、許容可能なサイズと重量、部品表（BOM）コストなどの影響を最小限に抑えるなど、これらのテクノロジの中で最良の結果を得ることができるかどうかという問題です。明確な答えはありませんが、過剰または不十分な熱溶液は、好ましくない潜在的な結果をもたらす。
一方で、選択したソリューションがプロジェクトの最後には適していないと判明した場合は、ボードを再設計して通気孔を追加するか、または他のものに切り替えることができますパッケージのタイプも実用的ではない可能性があります。
幸いなことに、我々はこの設計を実現するためのツールを持っている、熱シミュレーション・ソフトウェアは、エンジニアがシステムの観点から、熱的挙動を調べ、最初のプロトタイプの実現の前に、問題領域を識別するのに役立ちます。
一部のオンライン熱シミュレーションツールも無料提供することができ、TIのWebTHERM™は一例であり、それはオンライン環境の熱分析を使用して作成することができWEBENCH®電源設計、その後、選択したコントローラまたはDC / DCコンバータICを使用して電力入力および出力電圧範囲の要件に加えて、電源はもともとWEBENCHプロジェクトとして設計することができます。
基本設計が完了した後、材料のWEBENCH法案は、推定電力損失とRθJAパラメータを計算することができ、これらのパラメータは、手動でTJMAXを計算するために、周囲温度データを用いて知ることができる。WebTHERM実行しているユーザーは、グラフィカルシミュレーション熱特性を表示することができ、そしてまた、いくつかの二次的効果を示すことがあり、このような共成分として熱効果を迅速に関心の必要な領域を決定するのに役立ちます、シミュレーション結果は、色温度の曲線で視覚化することは困難です。
シミュレーションを実行する際には、負荷電流、上下周囲温度、デバイスケース温度などのパラメータ設定を入力する必要があります。熱シミュレーションは数分で完了し、結果は色温度曲線でグラフィカルに解析できます。 WEBENCHでデザインを変更することができます。また、PCBレイヤーの基板サイズや銅の材質特性を変更したり、サーマルビアを追加したり調整したりして、熱性能をさらに最適化することができます。
適切なTjmaxを確保できない場合は、ヒートシンクやヒートシンクなどの追加の熱管理機能を使用して、システムからのアクセスを高速化することができます。熱を除去します。温度曲線は、注意が必要な領域に焦点を当てるのに役立ちます。
ヒートシンクを追加する
任意の運転コストなしで理解しやすい、非常に信頼性の高いラジエータ、可動部品がない、無故障モード、アルミニウムや銅などのラジエータ一般的に使用される材料は、それらは単一のトランジスタのための単純な打ち抜きされた金属の翼から、ミリングの範囲とすることができ、またはフィンは対流熱伝達を最大にするために空気の流れを遮断するように設計される。熱風上昇するように、自然対流が発生する、ストリームを保持することができる押圧部材は、入口から妨げられず出口にガスを確実にするために注意しなければなりません流れ、ラジエータは、空気入口と空気出口のレベルよりも下方に位置することを確実にする。これが可能で増加接合部温度を避けるために、ヒートシンク部材の上に熱い空気の滞留を防ぐことができます。
ヒートシンクは、多くの利点がありますが、放熱の多数を達成する必要がある場合は、ボリュームは非常に重く、高価な、非常に大きいかもしれない。ラジエーター最適な気流が回路基板のレイアウトの位置に影響を与える可能性があり、ラジエーターはホコリや汚れであるかもしれないが詰まり、したがって冷却効果に影響を与える。顎部又はネジ又は熱界面材料（TIM）の層を使用してヒートシンクアセンブリに適切に接続され、また、組立時間を増大させます。
ヒートシンクの多種多様を提供するために、メーカーAAVID THERMALLOYウェークフィールド、Vetteのなど、放熱部材は、一方等、特定のプロセッサ又はFPGAコンポーネントに適合するように最適化含み、ラジエータので、結果に応じて選択することができますこれらのヒートシンクは、ダイ接合からヒートシンクへの空気の全体的な熱インピーダンスRθjaを低減し、特定の電力損失でより低い接合部温度を可能にします。
図1は、両面PCBヒートシンクの効率的な冷却のために設計された頂部が装着され、システムは、PCBと下側と操作で周囲との間の接合部として示され、パワートランジスタを使用して熱的に強化されたパッケージを示しています熱インピーダンスRthネットワークヒートシンクの熱抵抗Rthは、ヒートシンク基板から周囲の環境への熱伝達の効率を示します。
ヒートパイプで設計の自由度を広げる
いくつかの設計では、全体的なサイズ、基板レイアウト、または気流の障害のため、ヒートシンクをコンバータICまたはパワートランジスタに直接接続することは適切ではありません。 Wakefield-Vetteモデル120231は、最大25Wまで耐えることができます熱負荷ですが、そのサイズは直径6mm×長さ100mmです。
それ自体がヒートパイプの放熱器ではなく、ダクトシール、蒸気が凝縮し、低温端に流入された後、高温端でコールドエンドにホットエンドからの相変化熱伝達の原理を使用して、エバポレータチューブに熱を吸収することによって作動流体によって処理液中の液体、放熱は、パイプの高温端に戻され、処理が繰り返される。ヒートパイプの利点の一つは、相変化機構を維持するために電力を必要とせず、設計者が自由にパイプを放射することができコールドエンドは最適な位置に選択されます。
強制空冷
ヒートシンクまたはヒートシンクを使用するパッシブジャンクション管理で所望のジャンクション温度が得られない場合は、Delta Electronicsなどの高品質ファンを強制空冷に使用することを検討してください。ファンサイズを選択してファン速度を調整してサイズを増やします。最適化された柔軟な冷却のための空気流量の減少（立方フィート毎分（CFM））。
結論
適切な温度管理は、PCB電源やDC / DCコンバータの性能と信頼性を最大化するために不可欠です。設計者は使用可能なツールが多数ありますが、過剰な量を避けるために過剰設計は避けなければなりません。正確な熱シミュレーションツールを無料で利用することができます。これらのツールは、カスタム設計のヒートシンク、冷却ダクト、冷却など、ハードウェアの構築を開始する前に、熱管理の課題に対応するための視覚的なガイドを提供します。ファンなどの他の技術は、ボードのレイアウトや通気などのシステムの限界を克服するのに役立ちます。